裝配式建筑中BIM 技術(shù)應(yīng)用探討

宋開鋒

（民航機場建設(shè)工程有限公司，天津 300456）

0 引言

裝配式屬于一種新型的建筑，其在我國發(fā)展起步相比于部分發(fā)達國家來說比較晚，還處于裝配式運用和處理的初步探索階段。目前裝配式建筑模式擁有廣闊的發(fā)展空間及應(yīng)用前景，我國建筑行業(yè)應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展裝配式，對其含義和施工標(biāo)準(zhǔn)化流程等深入研究[1]。BIM 技術(shù)在裝配式建筑中擁有突出的應(yīng)用優(yōu)勢，能夠明顯減少修改次數(shù)，提高工作效率，從而為整體工程質(zhì)量的提升提供保證。

1 裝配式建筑工程、BIM 技術(shù)簡單介紹

一般情況下，裝配式所使用的構(gòu)件都需要在工廠提前完成制作，然后將這些構(gòu)件搬運至目標(biāo)施工現(xiàn)場，之后由專業(yè)的施工人員完成構(gòu)件之間的裝配工作。在搭筑構(gòu)件時既要充分考慮整體的穩(wěn)定性，還要顧及其本身的抗震性。裝配式的施工流程主要包括建筑方案設(shè)計、相關(guān)構(gòu)件制造、現(xiàn)場裝配，其中建筑方案設(shè)計又分為具體的方案設(shè)計、施工圖紙設(shè)計、設(shè)計優(yōu)化等。在發(fā)展的最初階段，裝配式設(shè)計工作的開展主要利用CAD 軟件，隨著工程技術(shù)的不斷提高，BIM 技術(shù)逐漸被應(yīng)用至裝配式設(shè)計中，為設(shè)計方案的優(yōu)化提供了有力的技術(shù)支持[2]。并且，在建筑構(gòu)件現(xiàn)場裝配時使用BIM 技術(shù)實現(xiàn)定位安裝，這樣有利于提高建筑構(gòu)件裝配位置的準(zhǔn)確率。

BIM 技術(shù)之所以得到廣泛應(yīng)用，主要是因為其自身具有突出的優(yōu)勢，可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、信息完備性、參數(shù)化性、一體化性等都屬于BIM 技術(shù)獨特的優(yōu)勢，在這一系列技術(shù)優(yōu)勢的協(xié)同作用下，有利促進了建筑施工目標(biāo)的實現(xiàn)。將BIM 技術(shù)應(yīng)用至設(shè)計階段，既提升了設(shè)計效率，又明顯降低了工程建設(shè)成本。并且，將BIM 技術(shù)應(yīng)用至工程建設(shè)中還能夠滿足用戶想要詳細(xì)了解建筑信息的需求，在提高整體施工效率的基礎(chǔ)上緩解施工人員的壓力[3]。

2 我國裝配式建筑工程現(xiàn)狀、存在的主要問題

在勞動力成本急劇上升、社會整體工業(yè)化水平迅速提升的背景下，裝配式建筑已經(jīng)成為建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢，從結(jié)構(gòu)材料的角度將裝配式建筑分為鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的裝配式建筑應(yīng)用范圍、發(fā)展之間的差異也比較明顯，其中木結(jié)構(gòu)的裝配式建筑受到森林資源有限的影響，其應(yīng)用范圍較為有限[4]。

我國裝配式建筑起步比較晚，發(fā)展速度較快，不過在取得諸多發(fā)展成果的同時也面臨著一系列問題。裝配式建筑工程對于技術(shù)水平的要求相對較高，吊裝工序一般具有明顯的復(fù)雜性特點，工程整體需要數(shù)量眾多并且形式多樣的部件?，F(xiàn)階段，我國裝配式建筑構(gòu)件模具還未有統(tǒng)一的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，為后期工程建造埋下了風(fēng)險隱患。且裝配式建筑構(gòu)件供應(yīng)商的資源處于嚴(yán)重不足的狀態(tài)，構(gòu)件生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)急需提高和完善，制作的許多構(gòu)件并沒有達到可使用級標(biāo)準(zhǔn)，在出廠檢查時未進行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查。裝配式建筑工程需要大量吊裝、組裝各類零件，但是各工作人員在操作大型機械設(shè)備時無法有效配合。

雖然鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑體系發(fā)展相對比較成熟，但在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和集成化生產(chǎn)方面仍舊存在不足，嚴(yán)重限制了裝配式建筑優(yōu)勢的進一步發(fā)揮。目前，高層建筑應(yīng)用裝配式建筑的技術(shù)研發(fā)尚處于初級階段，未形成系統(tǒng)的研究，這明顯限制了裝配式建筑的大規(guī)模發(fā)展。在裝配式建筑知識系統(tǒng)培訓(xùn)缺乏的環(huán)境下，人才的缺乏同樣對其發(fā)展造成了限制。除此之外，由于我國裝配式建筑還處于初級發(fā)展階段，未形成完善的監(jiān)督與施工標(biāo)準(zhǔn)，因此缺乏市場監(jiān)管，最終造成裝配式質(zhì)量無法得到保障，在這一系列限制問題的影響下，我國的裝配式建筑發(fā)展和進步空間仍舊比較大，在今后應(yīng)當(dāng)更加深入地探索。

3 裝配式建筑工程施工過程中BIM 技術(shù)的應(yīng)用實踐

BIM 技術(shù)在裝配式建筑中的應(yīng)用空間巨大，無論是在前期規(guī)劃階段、建筑設(shè)計階段、構(gòu)件生產(chǎn)階段還是施工階段、運營階段都可有效應(yīng)用BIM 技術(shù)，將BIM 技術(shù)貫穿整個施工過程，以此提高裝配式建筑的施工質(zhì)量和效率。

3.1 在前期規(guī)劃階段的應(yīng)用

在裝配式施工規(guī)劃制定階段，將地理信息系統(tǒng)和BIM 技術(shù)結(jié)合在一起，并且利用地理信息系統(tǒng)全面分析和研究已經(jīng)搜索到的場地數(shù)據(jù)。之后，在場地數(shù)據(jù)信息分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用BIM 技術(shù)建立相應(yīng)的信息化模型，其中包含即將建設(shè)的裝配式空間環(huán)境（日照、風(fēng)速等），為項目規(guī)劃人員提供更加直觀的項目建設(shè)場地信息。另外，利用BIM 技術(shù)深入和全面分析即將建設(shè)裝配式建筑與已有工程之間的關(guān)系。BIM 技術(shù)具有強大的建模功能，利用這一技術(shù)功能建立3D 模型，以此提升裝配式總體規(guī)劃的科學(xué)性、可行性。譬如，某一裝配式建筑工程在項目前期策劃階段依據(jù)已有的資料、現(xiàn)狀圖紙等，將其導(dǎo)入到BIM 技術(shù)軟件中，有效創(chuàng)造出工程道路、建筑物以及綠化等變化起伏，之后結(jié)合規(guī)劃條件生成本地塊的用地紅線、道路紅線以及面積指標(biāo)等，并且充分利用BIM 模型進行了總圖規(guī)劃以及綜合環(huán)境評估。

3.2 在設(shè)計階段的應(yīng)用

裝配式建筑設(shè)計階段包含多方面的設(shè)計內(nèi)容，不僅要對整體構(gòu)件設(shè)計，還應(yīng)當(dāng)在設(shè)計工作中預(yù)留好管線和鋼筋等與洞口之間的距離。裝配式建筑設(shè)計工作還牽扯到機電專業(yè)、構(gòu)件拆分等方面的內(nèi)容，因此屬于一項綜合性較強的工作。在傳統(tǒng)的裝配式建設(shè)設(shè)計工作中，不同專業(yè)單獨設(shè)計，嚴(yán)重降低了裝配式建筑整體設(shè)計的連貫性和合理性。而BIM 技術(shù)在裝配式設(shè)計工作的應(yīng)用為不同專業(yè)的工程師提供了一個信息共享平臺，有利于不同專業(yè)設(shè)計信息之間的融合協(xié)調(diào)，以便及時發(fā)現(xiàn)整體設(shè)計工作中所存在的問題，及時采取調(diào)整措施改善，避免裝配式建筑施工階段頻繁出現(xiàn)設(shè)計方案變更，嚴(yán)重影響施工進度和施工質(zhì)量[5]。

3.3 在構(gòu)件生產(chǎn)階段的應(yīng)用

構(gòu)件生產(chǎn)屬于裝配式重要的組成部分，所有施工工作的開展都以建筑構(gòu)件為基礎(chǔ)。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)加強與構(gòu)件生產(chǎn)人員之間的聯(lián)系，在生產(chǎn)之前做好設(shè)計交底工作。傳統(tǒng)的設(shè)計交底基本上以二維設(shè)計圖紙為主，生產(chǎn)人員面對種類繁多的構(gòu)件很容易出現(xiàn)信息錯漏的情況，從而影響生產(chǎn)質(zhì)量和進度。在BIM 信息平臺的支持下，構(gòu)件生產(chǎn)人員與設(shè)計人員之間的交流將會變得更加有效和準(zhǔn)確，生產(chǎn)人員在理解需要生產(chǎn)的構(gòu)件信息時也變得更加簡單。并且，將BIM 技術(shù)和RFID 技術(shù)結(jié)合到一起，有利于施工單位更加及時和準(zhǔn)確地了解構(gòu)件的生產(chǎn)進度。BIM 技術(shù)可以模擬和分析數(shù)控機床構(gòu)件生產(chǎn)，經(jīng)過科學(xué)的計算挑選出最佳的構(gòu)件生產(chǎn)方案，還可以直接將最優(yōu)生產(chǎn)方案傳輸至數(shù)控機床當(dāng)中。

3.4 在施工階段的應(yīng)用

裝配式施工最核心的環(huán)節(jié)是吊裝施工，其復(fù)雜性比較突出，并且機械化程度較高，所以在施工過程中容易出現(xiàn)較多問題。將BIM 技術(shù)應(yīng)用至施工階段之后，先模擬吊裝施工過程，進一步完善施工方案，及時排除吊裝施工潛在的安全隱患[6]。另外，在BIM 技術(shù)的支持下，還能夠優(yōu)化布置施工現(xiàn)場運載車輛的行進路線，確保施工現(xiàn)場場地得到充分利用，避免建筑構(gòu)件或者其他施工材料二次搬運。有許多裝配式施工中利用BIM 等技術(shù)，在施工現(xiàn)場張貼施工工藝標(biāo)準(zhǔn)、施工圖二維碼，這樣有利于施工人員和管理人員更加直觀地了解工藝流程。利用BIM 技術(shù)可以模擬構(gòu)件安裝的整個過程，盡早發(fā)現(xiàn)和排除安裝過程中存在的疏漏之處，減少和避免安裝失誤以及安全事故的發(fā)生。BIM 技術(shù)可以動態(tài)模擬工程施工，識別和分析危險因素之后將其影響范圍反映至模型中，可以為施工人員明確安全事故數(shù)量、區(qū)域提供可靠依據(jù)[7]。

譬如，某一裝配式建筑工程在施工前期階段利用BIM 模型檢查專業(yè)管道之間以及管道與結(jié)構(gòu)之間的碰撞情況，之后及時調(diào)整有碰撞的部分，有效減少和避免了后續(xù)施工過程管道碰撞等問題，利用BIM 技術(shù)對施工方案進行分析模擬以及科學(xué)管理，為裝配式建筑施工帶來了全新的面貌。

3.5 在運營階段的應(yīng)用

裝配式建筑運營階段主要是項目維護、修繕、整治，這一過程仍舊需要與建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位充分交流溝通，如果忽略了這一階段的溝通工作會導(dǎo)致運營工作存在明顯的盲目性等問題[8]。在裝配式運營階段應(yīng)用BIM 技術(shù)，能夠提高運營管理工作的精細(xì)化程度，運營管理人員借助BIM 模型查詢相關(guān)構(gòu)建屬性，最終提升運營管理工作水平。在裝配式建筑設(shè)備維護、建筑拆除改建時，同樣利用BIM 模型提供的信息改善整體工作[9]。當(dāng)裝配式建筑發(fā)生火災(zāi)之后，利用BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)火警警報自動化接觸，并且準(zhǔn)確定位火災(zāi)確切位置，有助于及時疏散人群以及處理災(zāi)情。結(jié)合RFID 標(biāo)簽可以在BIM 模型內(nèi)部準(zhǔn)確定位高能耗部位，動態(tài)監(jiān)控和處理建筑高能耗問題，還可以追溯預(yù)制構(gòu)件施工質(zhì)量信息，有助于明確施工問題責(zé)任歸屬。以某裝配式建筑工程為例，在竣工后利用BIM 模型對建筑進行必要測試及調(diào)整，之后提交給業(yè)主，充分利用BIM 技術(shù)的空間定位以及數(shù)據(jù)記錄優(yōu)勢，極大提高了業(yè)主的滿意度，為企業(yè)形象以及競爭力的提升提供了巨大的促進作用[10]。

4 結(jié)束語

綜上所述，裝配式建筑雖然屬于一種新型的建筑，但是其應(yīng)用前景十分廣闊。目前，我國裝配式建筑施工仍舊處于摸索階段，在施工過程中存在一系列問題。BIM 技術(shù)在裝配式建筑工程中的應(yīng)用能夠為施工人員帶來更加便利的施工條件。BIM 技術(shù)在裝配式前期規(guī)劃階段、建筑設(shè)計階段、構(gòu)件生產(chǎn)階段、施工階段、運營階段的有效應(yīng)用，從整體上改善了不同施工環(huán)節(jié)存在的問題，促進工程整體施工質(zhì)量的提升，為裝配式創(chuàng)造更加有利的發(fā)展空間。